Optimisation du dosage des polymères superabsorbants (PSAs) dans le processus de densification des résidus miniers fins en pulpe : application au cas de la mine Canadian Malartic

Résume Les millions des tonnes des résidus miniers fins en pulpe générés par l'industrie minière suite à l'exploitation des ressources minérales doivent être gérés de manière sécuritaire, durable et économique tout en respectant les normes environnementales en vigueur afin de limiter les contaminations sur l'environnement. Pour ce faire, les résidus miniers fins sont, selon la méthode conventionnelle, entreposés en surface sous forme de pulpe, dans des parcs à résidus ceinturés des digues de retenue. Cependant, les défaillances récurrentes des digues de retenue, le resserrement de la législation minière, etc. font que l'industrie minière est de plus en plus intéressée à recourir aux méthodes de stockage en surface des résidus miniers fins sous forme densifiée à cause des multiples avantages que procurent cette technique malgré son coût d'exploitation, généralement jugé exorbitant par l'industrie minière. L'objectif général de ce projet de recherche consistait à évaluer expérimentalement l'utilisation des polymères superabsorbants (PSAs) comme alternative attrayante à la déshydratation, et par conséquent à la densification des résidus miniers fins en pulpe destinés au stockage en surface dans des parcs à résidus. Les PSAs sont des matériaux ayant la capacité d'absorber et d'immobiliser de grandes quantités d'eau sans se dissoudre dans celle-ci. De façon plus spécifique, les objectifs du projet consistaient à : i) évaluer, par des essais au laboratoire, le comportement d'absorption des eaux des pulpes des résidus miniers fins par les PSAs; ii) établir, par les essais de déshydratation des résidus miniers fins, le rapport entre le dosage des PSAs et le pourcentage solide massique cible (Cw-f) fixé à 68% qui correspond à l'objectif visé par Mine Canadian Malartic; iii) établir le rapport entre le dosage massique des PSAs et le pourcentage solide massique final (Cw-f stable) atteignable par le PSAs fixé entre 70 et 90%. Les essais de déshydratation ont été réalisés principalement avec les résidus miniers fins en pulpe de la mine Canadian Malartic (MCM). Les eaux des pulpes des résidus miniers fins de la mine Westwood (MWW) ainsi que celles de la mine LaRonde (MLRD) ont également été prélevées pour raison de comparaison des résultats d'absorption. Six types de PSA, tous de nature synthétique mais de composition chimique et de granulométrie différentes ont été utilisés dans ce projet. Après la caractérisation physico-chimique et minéralogique des échantillons des résidus miniers fins en pulpe, le pourcentage solide massique initial (Cw-i) de ces derniers a été ajustée avec de l'eau de procédé minier afin d'obtenir trois différents pourcentages solides massiques initiaux ajustés : 25% (limite inférieure), 35% et 50% (limite supérieure). Les essais de déshydratation, selon le mode d'ajout indirect, ont été réalisés à partir de ces trois différents Cw-i. Le Cw-f cible, et le Cw-f stable ont été atteint en variant les dosages des PSAs dans les résidus miniers fins en pulpe. Les résultats obtenus montrent que le Cw-i des résidus miniers fins en pulpe croit proportionnellement avec l'augmentation du dosage de PSAs. Ainsi, quel que soit le Cw-i, il a été possible d'atteindre le Cw-f de 68% avec des dosages de PSAs variant entre 6,5 et 30 kg PSAs/t résidus miniers en pulpe. Les résultats montrent qu'en augmentant les dosages des PSAs, il a été possible de dépasser la valeur cible de Cw-f = 68%. En effet, quel que soit le Cw-i, un Cw-f stable situé autour de 75% en moyenne a été obtenu avec le dosage des PSAs compris entre 10,4 et 40,3 kg/t. Les essais supplémentaires d'absorption ont été réalisés avec les eaux des pulpes des résidus miniers fins des trois mines précitées. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence l'influence de la chimie de l'eau sur le pouvoir absorbant des PSAs. Celui-ci dépend entre autre de la concentration en cations dissous dans l'eau des pulpes des résidus miniers. Il est recommandé dans ce mémoire que les travaux de recherche se poursuivent pour étudier davantage cette approche de densification des résidus miniers fins en pulpe via des essais à l'échelle intermédiaire du site minier afin d'anticiper notamment les aspects liés à la régénération, la biodégradabilité, la mise en place de cette approche à l'échelle industrielle ainsi que les coûts qui se rapportent, etc.

Abstract

Million of tonnes of mine tailings slurry generated by the mining industry as a result of mineral resource development must be managed in a safely, sustainable and economical manner while respecting current environmental standards to limit contamination on the mine environment. For this purpose, mine tailings slurries are, according to the conventional method, pumped into storage facilities circumscribed by dams. However, due to recurring of tailings dam failures and tightening of mining legislation, the mining industry is increasingly interested in using surface storage methods for tailings in densified state because of the many benefits that this technology offers, despite its operating cost s, which is considered generally exorbitant by the mining industry. The general objective of this research project was to investigate experimentally the use of Superabsorbent Polymers (SAPs) as an attractive alternative to the dewatering and densification of mine tailings slurry that must be stored on the surface in tailings storage facility (TSF). SAPs have the ability to absorb and immobilize large amounts of water without dissolving in it. The specific objectives were: i) evaluate the mine tailings slurry water absorption capacity of SAPs; (ii) establish, by the dewatering and densification tests of mine tailings slurry, the ratio between the SAP mass dosages and the target solids mass content (Cw-f) set at 68%, which corresponds to the design target of the Canadian Malartic Mine; iii) establish the ratio between the SAPs mass dosages and the final stable solids mass content (Cw-f steady) achievable by the SAPs set between 70 and 90%. The indirect addition mode dewatering tests using SAPs were performed primarily using tailings from Canadian Malartic Mine (MCM). The mine tailings slurry supernatant water from Westwood Mine (MWW) and LaRonde Mine (MLRD) were also collected for comparison of the absorption capacity. Six types of SAP, all of a synthetic nature but of different chemical composition and grain size, were used in this project. After the physical, chemical and mineralogical characterizations of the mine tailings sample, their initial solids mass content (Cw-i) was adjusted by using the tailings supernatant water (process water) to obtain three different initial solids mass contents adjusted at 25% (lower limit), 35% and 50% (upper limit). The dewatering tests were performed from these three different Cw-i. Target Cw-f, and steady Cw-f-steady were achieved by varying the SAP dosages in the tailings slurry. The results obtained show that the Cw-i of mine tailings slurry increases proportionally with the SAP dosages. Thus, whatever the Cw-i, it was possible to reach the first target Cw-f of 68% with SAP dosages varying between 6.5 and 30 kg SAPs/t of tailings slurry. The results also show that by increasing the SAP dosages, it was possible to exceed the target value of Cw-f of 68%. Indeed, whatever the Cw-i, a steady Cw-f-steady of around 75% on average was obtained with SAP dosages between 10.4 and 40.3 kg/t. Additional absorption tests were performed using the tailings slurry supernatant waters from the above-mentioned three mines. The results obtained allowed to highlight the influence of water chemistry on the absorbency of SAPs. This depends, among other things, on the concentration of dissolved cations in the mine tailings slurry supernatant water. From this work, it is recommended to further pursue work on this approach of densification of mine tailings slurry using field cells (intermediate-scale) tests on a mine site in order to anticipate aspects related to regeneration of SAPs (absorption/desorption cycles), biodegradability of SAPs, the implementation of this approach on an industrial scale as well as the related costs.